IGBT模块封装的热性能分析

利用ANSYS有限元分析软件建立了IGBT模块封装的有限元模型,分析了导热硅脂厚度、当量换热系数、基板厚度和材料、焊料厚度和材料、衬板厚度和材料、铜层厚度等因素对IGBT模块封装热性能的影响,并探讨了热扩展对芯片结温的影响。研究结果可为优化IGBT模块封装提供参考。     

高可靠牵引变流器IGBT主动结温控制技术研究

轨道交通变流器应用工况相对严苛,对变流器和IGBT器件的可靠性与寿命要求较高。为改善IGBT的结温提高变流器的应用寿命和可靠性,基于机车变流器模块的工作模式构建通用损耗计算模型,实现对变流器IGBT器件结温的在线估算;在此基础上,结合轨道交通应用场景,分别从开关损耗和散热系统2个维度设计了一种综合主动结温控制方法。仿真和试验验证实施主动结温控制是可行的。     

基于热传导模型的IGBT结温计算方法

针对IGBT芯片结温难以直接测量的问题,提出了一种基于热传导模型的IGBT结温计算方法。基于经典的Cauer型RC网络结构,建立了变流器热传导模型;结合传递函数概念和热传导模型结构,完成了变流器热传导模型的参数识别;通过查阅IGBT产品手册以及实际工作工况,计算得到IGBT实时功率损耗;最终通过MATLAB/Simulink进行仿真计算,得到变流器IGBT芯片的实时结温。此方法实现了IGBT芯片结温的快速计算,为IGBT可靠性和寿命评估提供了数据支撑,同时也为功率模块及变流器的设计研发提供了新的科学依据。     

IGBT模块功率损耗的产生机理、计算及模拟

分析了IGBT模块功耗的来源,根据其导通和开关波形讨论了功耗的定义和计算方法;介绍了如何根据模块数据手册估算IGBT及其续流二极管(FWD)的功耗,以及利用PSIM软件模拟模块在应用系统中的功耗;分别利用基本公式和PSIM软件模拟计算和比较了一个逆变电路中IGBT模块的功耗和最高结温。     

地铁车辆IGBT瞬态结温计算方法研究

基于IGBT模块封装的物理结构,分析了热量冲击导致芯片失效的主要原理.根据芯片热损耗的主要传递路径,建立了热量传递各环节的瞬态传热模型,并分别给出了瞬态温升计算方法.尤其对热量传递模型较复杂的走行风冷热管式散热器进行了详细分析和试验研究,并给出了获取散热器热阻抗模型实时参数的有效解决方法;最后,对芯片瞬态结温计算方法进行了总结,并开发了软件工具.文章介绍的计算方法和软件工具可推广应用,为IGBT模块瞬态结温计算提供重要参考.     

焊层空洞对IGBT 模块热应力的影响简

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良和疲劳失效的主要原因之一。考虑芯片场环区的影响,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型;研究了不同焊层厚度、焊层空洞率和空洞位置对模块最高结温与最大等效应力的影响;探讨了焊层空洞对模块瞬态热阻抗的影响。     

热界面材料层空洞对有无基板IGBT模块芯片结温影响对比研究

新兴的无基板模块广泛应用于新能源领域，其对热界面材料的涂敷要求较高，但相关的研究目前较少。文章针对热界面材料（Thermal Interface Material,TIM）层空洞率不同时，对有、无基板IGBT模块上的芯片结温变化规律进行了仿真研究。通过建立精确数值模型进行稳态热仿真试验，根据试验结果定量分析有、无基板模块上的芯片结温受TIM空洞影响程度。结果表明，相比无基板模块，有基板模块上的芯片结温低，试验芯片分别低8.578 K和9.544 K左右；在TIM层空洞率上升时，对于结温升高速率，无基板模块比有基板模块大，无基板模块的大芯片和小芯片的升温速率分别约为对应的有基板模块大、小芯片的32.190倍和240.875倍；大芯片结温上升速率均比小芯片低，对于有、无基板的模块而言，前者分别约为后者的23倍和3倍。无基板模块对TIM层状态更敏感，要求更高。     

三电平NPC拓扑结构中功率IGBT器件的应用和分析

讨论了三电平NPC拓扑结构的基本工作原理和相应的换流路径;考虑到IGBT模块对直流电压稳定性的要求,给出在给定故障率条件下允许长期运行的最大直流母线电压;分析了器件芯片技术及封装的特点,给出了在三电平应用中的IGBT解决方案;以4.5k V IGBT为例,研究了三电平拓扑布局应用中杂散电感及结温差异所引起的开关特性问题,并提出一些在三电平设计中关于IGBT模块均流和布局应用方面的建议。     

计及电热参数更新的高速列车牵引整流器IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为列车变流器的关键部件,其寿命受老化过程中参数变化的影响,为此提出了一种计及电热参数更新的IGBT模块寿命预测方法。首先,利用实车采集到的外部电压、电流数据结合变流器调制策略推导IGBT的驱动信号,进而获得单个IGBT的电压电流;其次,基于数据手册建立Foster热网络模型获取IGBT的结温;之后考虑到实际中IGBT的老化过程,提出一种IGBT结温计算过程中热阻和导通压降的更新策略;最后通过寿命模型对IGBT进行损伤度估算,并通过蒙特卡洛（Monte-Carlo）模拟评估器件寿命计算过程中的不确定性,取得可靠性变化曲线。     

一种基于关断电压的IGBT模块结温监测方法

实现准确的结温监测对增强绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块的可靠性、延长器件寿命至关重要。文章提出了一种基于关断电压的IGBT模块结温监测方法,具有不受负载电流干扰的特性。该方法首先验证了关断电压作为温敏电参数的合理性;其次,采用深度神经网络（DNN）,排除关断电压对负载电流的依赖,达到不同工况下保持准确结温预测的目的;最后,通过单相脉宽调制（PWM）进行试验验证。结果显示,该结温监测方法误差在±5℃的范围内,这表明利用DNN优化结温监测是可行的。     

基于Matlab的IGBT能耗模型及其在热仿真中的应用

提出了一种基于Matlab的IGBT热仿真新方法。基于此方法,利用Simulink和S-Function建立了TIM1500ESM33-TS型IGBT的器件损耗仿真模型,并将其应用在三相两电平SVPWM逆变器的仿真中。仿真结果表明,该方法不仅能获得比较精确的IGBT实时损耗、实时结温等重要指标,而且由于采用了IGBT实时工作电流作为仿真的输入变量,所以可适用于多种工况下的IGBT仿真。     

轨道交通用IGBT器件寿命预测技术综述

随着中国轨道交通车辆陆续进入高级修阶段,IGBT器件寿命预测技术成为行业关注的热点,科学的寿命评估方法是实现IGBT变流器全生命周期管理的基础。文章针对轨道交通的应用,介绍了IGBT器件失效机理、寿命预测模型及计算流程;通过概述国内外相关研究现状,归纳了目前IGBT器件寿命预测面临的难题,分析了通过采用智能化驱动、大数据分析及人工智能、状态检测等技术来提高IGBT器件寿命预测的准确性。     

CRH380A动车组自主牵引变流器三电平功率模块研制

为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求,结合三电平功率模块主电路结构特点,完成了三电平功率模块关键技术(IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计)的攻关,研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明,该三电平IGBT模块性能良好,满足CRH380A高速动车组使用。     

基于车载数据的IGBT模块损耗及结温研究

基于CRH5型动车组牵引逆变器车载数据,利用概率论解决了原始数据的零漂问题,给出了适用于全工况范围的IGBT模块损耗计算方法,分析验证了文章提出的带水冷基板热网络模型在导热硅脂层耦合的合理性,采用有限元热仿真的方法验证了热网络模型的有效性,并给出一种适用于本领域工程实际应用的热阻计算方法。     

二电平IGBT变频器载荷工况下损耗和温升计算程序的开发

介绍了采用IPOSIM和Simulation-Tool软件计算载荷工况下损耗和温升的方法,并对软件的计算方法作了改进,形成了二次开发程序,克服了原有软件对载荷点数量的限制。以某地铁车辆变频器的运行数据为研究对象,通过程序计算得到了运行过程中的损耗、散热器温度、IGBT模块中芯片壳温及结温变化曲线,可为地铁车辆IGBT变频器的热设计工作提供指导。     

上海地铁车辆主逆变器GTO牵引相模块的IGBT替代研制

文章介绍了上海地铁引进的交流传动车辆上GTO牵引相模块结构及其工作原理,重点分析了其电气性能及驱动电路波形;在此基础上研制了用于替代GTO牵引相模块的IGBT牵引相模块,通过性能对比和分析,得出两者性能几乎一致、可以替代使用的结论。该装置目前已装车投入运行。     

轨道交通绝缘栅双极型晶体管模块封装材料的制备技术及其显微组织研究

作为电气系统组件,IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块在轨道交通领域有着广泛应用.封装材料的性能直接影响IGBT模块的使用寿命和稳定性.A1-50％ Si合金是IGBT模块较为理想的封装材料.采用粉末冶金结合双向分级热压致密化成型工艺,制备了A1-50％ Si合金材料.使用OM、SEM方法(扫描电子显微镜)分析热压态及热...     

机车IGBT模块应用失效研究

针对机车IGBT模块应用失效后发生炸损,造成失效原因很难查找的问题,分析IGBT模块在应用工况下的开关状态,得出5种失效模式类型。结合厂内和现场失效模式分布统计,对5种失效模式和早期失效以及应用过程中引起的失效进行原因分析,最后从应用和器件2个维度针对性提出设计改进意见。     

简统化地铁车辆IGBT牵引逆变器

详细介绍了具有完全自主知识产权的简统化地铁车辆IGBT牵引逆变器的主电路、变流器模块、牵引控制单元(DCU)以及总体设计,阐述了该型牵引逆变器的技术特点.通过实际装车考核,表明该简统化地铁车辆IGBT牵引逆变器的设计完全能够满足目前地铁交流牵引传动系统的要求.